隨著我國(guó)環(huán)境的污染越來越嚴(yán)重，能源的日益匱乏，這就需要鋼鐵企業(yè)減少能源的消耗，發(fā)展低碳、環(huán)保的節(jié)能生產(chǎn)技術(shù)。高壓變頻器采用了變頻調(diào)速技術(shù)，針對(duì)風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的降損與增效有明顯效果，所以不銹鋼管廠采用高壓變頻技術(shù)對(duì)其節(jié)能減排具有十分重要的意義。本文首先探討了高壓變頻器的工作特點(diǎn)，分析了高壓變頻器的具體工作原理，最后闡述了高壓變頻器在煉鋼廠中的具體節(jié)能應(yīng)用，希望給業(yè)內(nèi)人士帶來一定的幫助。
隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展以及能源的日趨匱乏，人們?yōu)榱松妫饾u開始重視節(jié)能技術(shù)的使用。對(duì)于節(jié)能技術(shù)的使用，怎么樣實(shí)現(xiàn)低能耗與高效率的完美結(jié)合是一個(gè)永久的話題，同時(shí)也是解決當(dāng)前能源危機(jī)的唯一途徑。針對(duì)不銹鋼管廠而言，節(jié)約能源是重點(diǎn)工作之一，在電氣的節(jié)能當(dāng)中，變頻器是關(guān)鍵設(shè)備之一。因?yàn)殇撹F企業(yè)負(fù)載當(dāng)中具備眾多的風(fēng)機(jī)以及水泵，它們?cè)诠ぷ鳟?dāng)中常常需要速度變化，高壓變頻器的使用很好的符合了該特征，滿足了鋼鐵企業(yè)對(duì)于高壓大容量電機(jī)的節(jié)能要求。
1. 高壓變頻器工作特點(diǎn)
a. 波形完美
高壓變頻器輸入的諧波符合我國(guó)的規(guī)定，它對(duì)諧波進(jìn)行抑制的重要方式就是設(shè)計(jì)多重化的輸入變壓器，然后形成多脈沖整流。從理論方面來說，針對(duì)36脈沖整流而言，其中35次及其以下的諧波可以進(jìn)行自動(dòng)抵消。比如，某單位變壓器當(dāng)中二次繞組包含18個(gè)，使用三角形連接方式開展連接，可以得到6個(gè)不相同的相位組，電角度差10度，二極管整流線路總共可以形成36脈波，對(duì)于當(dāng)中的諧波開展檢測(cè)，其畸變率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于要求的標(biāo)準(zhǔn)，在沒有使用濾波器的條件下，其THD是2%。
b. 具有較高的輸入功率因數(shù)
干擾變頻器輸入功率因素的關(guān)鍵是其中間的直流環(huán)節(jié)，針對(duì)電壓源型而言，其中間的直流環(huán)節(jié)是電容，電容會(huì)給電機(jī)帶來無功電流，跟電網(wǎng)之間是沒有無功交換的，可以確保比較高的功率因數(shù)；針對(duì)電流源型而言，它需要電網(wǎng)跟電機(jī)之間進(jìn)行無功功率的交換，高功率因素很難被保障，而且如果電機(jī)的負(fù)荷減少的時(shí)候，功率因素也會(huì)隨之減少。在高壓變頻器的中間流程中，使用的是電壓源型的電容，所以，輸入功率因數(shù)是比較高的。
c. 單元旁路功能
在高壓變頻器當(dāng)中，假如有一個(gè)單元出現(xiàn)故障，與該單元對(duì)應(yīng)的相將不會(huì)有電壓輸出，使得電機(jī)缺相工作，該種情況是絕對(duì)不允許出現(xiàn)的。所以，可以在高壓變頻器中加入單元旁路功能，它的工作原理是如果某單元產(chǎn)生故障之后，該單元會(huì)讓相對(duì)應(yīng)的旁路接觸器作為旁路導(dǎo)通，自身不參加工作，變頻器還可以正常運(yùn)行。旁路時(shí)間在250ms以內(nèi)，從物理層面而言，這一時(shí)間段完全可以把故障單元旁路掉。與此同時(shí)，高壓變頻器當(dāng)中還運(yùn)用了中性點(diǎn)漂移技術(shù)，可以確保三相線電壓的平衡。
d. 中性點(diǎn)漂移
高壓變頻器的單元旁路功能可以確保變頻器的正常工作，然而在故障單元被旁路以后，相對(duì)應(yīng)的電壓容量將會(huì)降低，使得變頻器可以達(dá)到的最大速度在一定程度上被降低。所以，應(yīng)該對(duì)電機(jī)的有效電壓進(jìn)行更好地控制。變頻器在沒有單元故障的前提下，可以給電機(jī)帶來100%的電壓；如果某單元被旁路，那么輸出的電壓就不會(huì)再平衡，所以，考慮到單元的星形點(diǎn)是不斷變化的，與此同時(shí)，這些星形點(diǎn)沒有跟電機(jī)的中性點(diǎn)相連接，能夠?qū)卧妷旱南辔唤情_展調(diào)整，進(jìn)而獲得平衡電機(jī)電壓，該種方式相當(dāng)于在單元電壓的指令矢量當(dāng)中增加零序分量，被稱之為中性點(diǎn)漂移。
2. 基本原理
a. 功率模塊結(jié)構(gòu)
功率模塊是基本的交一直一交單相逆變電路，整流側(cè)是二極管三相全橋，通過針對(duì)IGBT逆變橋開展正弦PWM控制，可以獲得單相交流輸出。每一個(gè)功率模塊構(gòu)成和電氣性能是完全相同的，能夠進(jìn)行互換。
輸入側(cè)是由移向變壓器對(duì)每一個(gè)功率模塊進(jìn)行供電，移向變壓器的副邊繞組能夠分成三組，結(jié)合模塊串聯(lián)級(jí)數(shù)以及電壓等級(jí)，通常由24、30、42、48脈沖系列等組成多級(jí)相互疊加的整流方法，能夠在很大程度上改進(jìn)網(wǎng)側(cè)的電流波形，使其負(fù)載條件下的網(wǎng)側(cè)功率因素靠近1，不需要任何諧波抑制裝置以及功率因數(shù)補(bǔ)償。因?yàn)樽儔浩鞲边吚@組的獨(dú)特性，使得每個(gè)功率單元的主回路保持獨(dú)立，類似于常規(guī)低壓變頻器，方便采取當(dāng)前的最新技術(shù)。
輸出側(cè)每一個(gè)單元的U、V輸出端子互相串接而構(gòu)成星形接法給電機(jī)供電，利用對(duì)每一個(gè)單元的PWM波形開展重組，可以得到結(jié)題正弦PWM波形。該種波形的正弦度剛剛好，dv/dt比較小，對(duì)于電機(jī)以及電纜的絕緣沒有損壞，不需要輸出過濾波器，就能夠增加輸出電纜的長(zhǎng)度，可以直接用在普通電機(jī)上。與此同時(shí)，電機(jī)的諧波損耗大大降低，消除負(fù)載機(jī)葉片以及軸承的振動(dòng)。
如果某一個(gè)功率模塊產(chǎn)生故障的時(shí)候，利用控制使得輸出端子短路，可以把該單元旁路退出系統(tǒng)，變頻器就可以降額運(yùn)行，這樣一來可以防止許多場(chǎng)合之下的停機(jī)造成的損失。
b. 控制器
控制器是由人機(jī)操作界面、PLC以及高速單片處理器所構(gòu)成的。其中人機(jī)操作界面具備三種配置：嵌入式工控機(jī)界面、標(biāo)準(zhǔn)操作界面、工控PC機(jī)界面，用戶可以結(jié)合需求開展選取。單片機(jī)進(jìn)行PWM的控制。人機(jī)操作界面能夠解決用戶現(xiàn)場(chǎng)與高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的接口問題，實(shí)現(xiàn)友好的全中文監(jiān)控界面，運(yùn)用起來十分便捷，同時(shí)能夠進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化控制以及遠(yuǎn)程監(jiān)控。內(nèi)置PLC是用在柜體內(nèi)開關(guān)信號(hào)的邏輯處理，能夠跟用戶進(jìn)行靈活的現(xiàn)場(chǎng)接口，滿足用戶的需求。
控制器跟功率單元之間使用的是光纖通信技術(shù)，高壓部分與低壓部分可以進(jìn)行可靠徹底的隔離，系統(tǒng)具備非常好的安全性能，同時(shí)具備優(yōu)質(zhì)的抗電磁干擾性能，在很大程度上提升可靠性。此外，在控制電源掉電的時(shí)候，控制器可以通過配置的UPS繼續(xù)供電，使得變頻器能夠持續(xù)運(yùn)行。
3. 高壓變頻器在不銹鋼管廠中的實(shí)際應(yīng)用
在不銹鋼管廠當(dāng)中，經(jīng)過電爐煉鋼的主要材料就是一些鐵合金、渣料以及廢鋼等，在電爐冶煉、加料以及出鋼等過程當(dāng)中會(huì)帶來一些污染。特別是在冶煉的氧化期間，會(huì)產(chǎn)生眾多的氧氣，含有非常大濃度的煙塵，煙氣的溫度也是最高的。所以，在設(shè)計(jì)電爐除塵系統(tǒng)的時(shí)候，一般都是結(jié)合這短時(shí)間的最大排煙量來確定的。在全部的煉鋼過程當(dāng)中，吹氧期占據(jù)比較大的比例，在該段時(shí)間當(dāng)中，風(fēng)機(jī)處在高負(fù)荷運(yùn)行當(dāng)中，相比較來說，其他時(shí)段的風(fēng)機(jī)處在低工況運(yùn)行中。
在浙江不銹鋼管廠電爐除塵系統(tǒng)改造過程當(dāng)中，系統(tǒng)的重要參數(shù)包含：選取的除塵風(fēng)機(jī)電機(jī)的型號(hào)是YKK800-8，它的額定電壓是10000V，額定電流是127A，額定轉(zhuǎn)速是747r/min，額定功率是1800kW。結(jié)合電爐煉鋼的不同時(shí)段設(shè)置三種不同頻率，把煉鋼階段的信號(hào)傳輸?shù)礁邏鹤冾l器，在高壓變頻器接收信號(hào)之后，結(jié)合不同時(shí)期的要求進(jìn)行頻率的調(diào)整，不但可以確保除塵的效果，而且熱量也不會(huì)被帶走。
綜上所述，本文對(duì)高壓變頻器的具體特征、工作原理以及在不銹鋼管廠中的節(jié)能應(yīng)用開展了探討。在本文中可以看到，高壓變頻器的使用可以實(shí)現(xiàn)比較好的節(jié)能作用，在系統(tǒng)改造之后可以給不銹鋼管廠節(jié)省眾多的能源投入，減少了煉鋼的成本。
